Tesina Radar

I.S.I.S.S. Ettore Majorana Seriate (BG)

Classe 5BP anno scolastico 2013/2014

Tesina di David Mapelli:

L’importanza strategica del radar nella Seconda guerra mondiale

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Indice

Introduzione 3

• Il radar 4
• Cenni storici 4

Funzionamento e configurazione

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IFF 8

Picchetto radar – AWACS 8

Contromisure per eludere i nemici – stealth

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Radar meteorologico 10

I radar nella Seconda guerra mondiale

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Radar tedeschi 11

L’inganno dello sbarco in Normandia

13

Radar inglesi

14

Radar statunitensi

15

Radar sovietici 16

Radar italiani 16

La battaglia d’Inghilterra

18

I radar e il sistema Dowding

18

Le strategie

19

Le fasi della battaglia

20

La battaglia del Mediterraneo

22

2

Armamenti 22

La battaglia

23

Esiti 25

What is the radar?

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Italo Calvino: Il sentiero dei nidi di ragno

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L’importanza dell’educazione fisica nel fascismo

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Bibliografia – sitografia

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Introduzione

Il radar è un sistema che utilizza le onde elettromagnetiche per rilevare la posizione e eventualmente la velocità degli oggetti chiamati bersagli o target.

I radar furono usati in quasi tutte le battaglie della Seconda guerra mondiale come arma di difesa e di attacco e contribuirono alla vittoria finale degli Alleati; ma in modo particolare furono fondamentali in queste due battaglie:

La battaglia d’Inghilterra, dove grazie ai radar e al sistema Dowding gli aerei inglesi riuscirono ad intercettare l’80 % degli incursori aerei tedeschi.

La battaglia del Mediterraneo, dove l’assenza del radar da parte degli italiani all’inizio della guerra e ai sistemi arretrati installati dopo, portò un notevole vantaggio agli inglesi.

La mentalità fascista italiana non mirava al progresso, infatti in Italia all’inizio della guerra mancavano i radar e le strategie belliche erano datate. Oltre a questi problemi la scelta sbagliata del Duce di scendere in guerra per supportare Hitler portò all’armistizio con gli Alleati l’8 settembre 1943 con tutte le conseguenze del caso.

Nell’Italia settentrionale occupata dai tedeschi, i bombardamenti angloamericani distruggevano città e industrie. Intanto per combattere gli occupanti tedeschi nascevano piccole organizzazioni partigiane, come racconta Italo Calvino nel suo romanzo “Il sentiero dei nidi di ragno”.

Il fascismo portò diversi problemi in Italia, ma è proprio grazie a questa mentalità che i soldati italiani attuarono tecniche offensive rischiosissime, oltre a difendere il proprio onore e la patria fino alla morte. Infatti, fin da bambini nell’educazione fisica scolastica era insegnato loro lo spirito di sacrificio e i maschi seguivano un addestramento premilitare.

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Il radar

Il radar è un sistema che utilizza le onde elettromagnetiche appartenenti allo spettro delle onde radio o microonde per il rilevamento e la determinazione della posizione (coordinate in distanza, altezza e azimuth) ed eventualmente della velocità di oggetti (bersagli, target) sia fissi che mobili, come aerei, navi, veicoli, formazioni atmosferiche o il suolo.

Il termine RADAR fu coniato dalla marina statunitense nel 1940 come sigla di Radio Detection And Ranging. Questa è divenuta molto frequente nel parlato comune ed ha perso il suo valore di sigla difatti ormai è scritto minuscolo. Nello stesso periodo in Italia si chiamava radiotelemetro. Nel Regno Unito invece inizialmente fu chiamato RDF, acronimo di Range and Direction Finding (individuazione di distanza e direzione).

Questa sigla che era già diffusa il cui significato era Radio Direction Finder (individuatore radio di direzione), cioè indicava il dispositivo in grado di definire la direzione e il verso di propagazione delle onde radio. Questa strategia fu usata per nascondere il vero scopo del radar.

Cenni storici

Sono stati numerosi gli scienziati e gli ingegneri che contribuirono alla nascita e allo sviluppo dei radar.

Il primo fu Heinrich Hertz dell'università di Karlsruhe, in Germania, nel 1886 notò che le onde radio erano riflesse dagli oggetti metallici.

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Nel 1904, quasi vent’anni dopo Christian Hulsmeyer di Dussendorf, in Germania, ideò il telemobilescopio, uno strumento in grado di rivelare oggetti nell’oscurità e nella nebbia. La sua portata era di poche centinaia di metri (dovuta alla scarsa potenza dei trasmettitori esistenti) non interessò alla marina neppure durante la Prima guerra mondiale. Se invece fosse stato sviluppato e installato avrebbe evitato la tragedia del Titanic nel 1912.

Tuttavia fu Nikola Tesla nell’agosto del 1917 a stabilire i principi di funzionamento delle frequenze e il livello di potenza dei primi radar, anche se avevano ancora una portata ridotta.

Bisognerà aspettare il dopoguerra per un sistema a lunga portata. Nel 1922 Guglielmo (nell’immagine) Marconi sviluppò il radiotelemetro, un sistema in grado di individuare mezzi mobili a distanza. Questa invenzione la presentò ai vertici della marina nel 1935. Questo progetto fu trovato interessante e affidato nell’esercito al prof. Ugo Tiberio, il quale non troverà i fondi necessari per sviluppare un sistema pienamente efficiente.

Nel 1935 Robert Whatson Watt fu incaricato di trovare un sistema per localizzare gli aerei nemici e riuscì a realizzare un radiolocalizzatore ad impulsi, installato subito dopo sulle coste britanniche.

Nel 1936 l’ungherese Zoltán Bay fu il primo a produrre un modello funzionante nei laboratori di Tungsram.

La guerra portò ad un’accelerazione delle ricerche con lo scopo di trovare le migliori soluzioni per le nuove esigenze difensive. Nel dopoguerra l’uso del radar si è ampiamente diffuso anche in ambito civile per il controllo del traffico aereo civile, il controllo meteorologico e il controllo delle velocità automobilistiche.

Funzionamento e configurazione

Un’idea del funzionamento dei radar si può avere esaminando un normale radar a impulsi, il quale è in grado di localizzare un oggetto attraverso la determinazione della distanza e la direzione della sua visuale. La distanza dell’oggetto si ricava misurando il tempo t che il segnale emesso impiega per viaggiare dal trasmettitore del radar, va a colpire l’oggetto, è riflesso e torna al ricevitore dello stesso radar. Il segnale si propaga nell’aria alla velocità della luce, quindi la distanza si calcola facendo il rapporto fra il tempo e la velocità della luce (quasi 300.000 km/s, quindi 6,67 microsecondi per chilometro), il tutto fratto 2 perché nel viaggio fa andata e ritorno.

La direzione si ricava dall’orientamento del fascio elettromagnetico emesso dall’antenna. Il sincronizzatore genera una serie d’impulsi di comando (di sincronismo) che accendono periodicamente il modulatore; questo a sua volta fa da interruttore al tubo di potenza a radiofrequenza (magnetron o klystron).

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Questi impulsi inviati all’antenna la quale li irradia nello spazio entro un fascio la cui direzione dipende dall’orientamento dell’antenna. Se il fascio colpisce un oggetto, gli impulsi di radiofrequenza vengono riflessi e sono captati dall’antenna come eco. Se l’antenna è solo una, quindi con funzione trasmittente e ricevente, il duplexer commuta e isola la sensibilissima e delicatissima sezione ricevente quando viene inviato l'impulso; viceversa quando riceve il segnale di ritorno lo invia al ricevitore ed isola la sezione trasmittente. Tutto questo in una frazione di secondo.

Gli echi captati sono convertiti a una frequenza più bassa, tra 15 e 90 MHz, in modo da poter essere più adatti ad eseguire la successiva operazione di amplificazione. La conversione è ottenuta attraverso il battimento della radiofrequenza con la frequenza generata da un oscillatore locale. Poi il segnale è filtrato eliminando il rumore e i segnali ricevuti da oggetti fissi, questo per mezzo dei separatori di frequenza. Nei radar moderni il segnale è convertito in forma digitale, in modo da poter esser letto da un computer. In seguito è amplificato, perché troppo debole per essere elaborato. Un dispositivo simile a un orologio calcola il tempo trascorso dalla trasmissione del segnale alla sua ricezione.

Infine il tutto è rappresentato. In genere si usa uno schermo di forma circolare sul quale sono rappresentati dei cerchi concentrici indicanti la distanza espressa in miglia o chilometri. Il centro è, dove si trova l’antenna del radar e la posizione dei bersagli appare sullo schermo sotto forma di puntini o figure. Gli schermi in origine erano collegati a un tubo a raggi catodici, mentre oggi si utilizzano display LCD programmabili con una loro memoria interna.

I radar Doppler sfruttano appunto l’effetto Doppler (in base al quale se noi guardiamo da un punto stazionario un oggetto in movimento il suo spostamento genera onde di frequenza e quest’ultima sarà più alta nella direzione di avvicinamento) per calcolare la velocità degli obiettivi.

L’effetto Doppler viene anche usato per distinguere gli oggetti in movimento e quelli fissi (ad esempio palazzi, montagne). Gli echi degli oggetti fissi sono detti clutter e non sono rappresentati sullo schermo.

I radar d'inseguimento sono sistemi nei quali un meccanismo, controllato automaticamente dai segnali d'eco, mantiene il fascio del radar puntato su un oggetto in moto rispetto al radar stesso. L'utilizzazione di più radiofrequenze migliora le prestazioni dei radar d'inseguimento ed è vantaggiosa anche nei confronti dell'effetto perturbante dovuto alle riflessioni del terreno o del mare, o per difendersi da azioni di disturbo provocate deliberatamente.

Le antenne

Le antenne dei radar in genere sono riflettori di forma parabolica altamente direzionali e possono ruotare in ogni direzione in modo da poter scrutare ogni frazione di cielo o di mare.

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I fasci prodotti devono essere stretti e ben collimati. La larghezza del fascio prodotto è direttamente proporzionale alla lunghezza d'onda della radiazione e inversamente proporzionale all'ampiezza dell'antenna, quindi le antenne migliori sono quelle di grandi dimensioni. Ovviamente nelle unità mobili non è possibile utilizzare antenne enormi, dunque queste sfruttano i radar a microonde, che sono meno suscettibili al rumore ed hanno una migliore risoluzione. Il movimento del fascio radar si ottiene con un movimento periodico dell’antenna, solitamente ottenuto con una rotazione lenta e continua.

I sistemi radar di terra usati per la rivelazione di velivoli aerei, spesso hanno due apparecchi radar distinti: uno effettua una scansione orizzontale per individuare l'aereo e determinarne l'azimutm (l’angolo che si forma tra l’obiettivo e il nord, il cui vertice è l’antenna), mentre l'altro compie una scansione verticale per determinare l'angolo di elevazione.

Ai radar per la localizzazione orizzontale, quindi quelli navali, non serve una grande efficienza per scrutare il cielo dunque le antenne si riducono a una sottile striscia di forma parabolica. Alcuni di questi sono usati per rivelare gli aerei a bassa quota.

Non sempre l'antenna trasmittente è anche quella ricevente, questo solo nei radar monostatici, mentre in quelli multistatici ne ha due o più dove quelle riceventi possono essere distanti anche centinaia di metri dalla prima trasmittente.

Distanza minima di rilevazione e portata strumentale

La distanza minima cui il radar può rilevare oggetti è inversamente proporzionale al tempo di commutazione, perché se il trasmettitore è acceso, non può essere attivato anche il ricevitore.

Per portata del radar si intende la distanza massima alla quale può essere rilevata la presenza di un oggetto di area equivalente σ. Essa dipende dalle caratteristiche del ricevitore, in particolare la potenza minima (Pmin) che il ricevitore è in grado di rivelare.

Dalla formula si rileva: Pi è la potenza degli impulsi, Aa è l’aera dell’antenna, σ è l’area dell’oggetto, ʎ è la lunghezza d’onda e Pmin la potenza minima.

Per aumentare la portata, occorre quindi impiegare antenne di grande area, lavorare a frequenze elevate e quindi con lunghezze d’onda molto piccole, e aumentare la potenza degli impulsi. Si osserva però che la potenza degli impulsi compare in ragione della radice quarta, mentre l’area dell’antenna e la lunghezza d’onda compaiono in ragione della radice quadrata; di conseguenza per raddoppiare la portata occorre moltiplicare la potenza degli impulsi, mentre per ottenere lo stesso risultato è sufficiente quadruplicare l’area dell’antenna o impiegare una lunghezza d’onda quattro volte più piccola.

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La portata non è data solo da questi elementi ma ci sono anche dei fattori di disturbo quali la rumorosità intrinseca del ricevitore, la sua sensibilità e i disturbi ambientali quali i fenomeni atmosferici e la presenza di montagne o palazzi (clutter). Un altro fattore è l'orizzonte del radar ovviamente delimitato dalla curvatura terrestre, anche se esistono radar che sfruttano la propagazione per onda di terra, la propagazione ionosferica e la propagazione per effetto condotto.

Frequenze operative

Le bande delle frequenze radar sono scelte in base alle esigenze. La scelta della frequenza è determinata dall’esigenza di avere un elevato guadagno d’antenna, di non richiedere un’elevata potenza al trasmettitore, di avere una buona risoluzione angolare e di contenere l’attenuazione atmosferica. Per quanto riguarda l’attenuazione atmosferica si fa sentire a frequenze superiori a 16 GHz; mentre la pioggia e le goccioline in sospensione producono attenuazione al disotto dei 2 GHz.

Di seguito sono indicate le bande radar della denominazione IEEE:

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IFF

Gli IFF (Identification Friend or Foe, identificazione amico o nemico) sono un sistema automatico a bordo di aerei o navi che si usa per identificarli e riconoscere se sono amici o nemici. Quando sono interrogati degli impulsi radar, emettono un codice di riconoscimento (in forma criptata, per non essere copiato dai nemici). Se questo codice è conosciuto il mezzo è catalogato come amico, se non lo è sarà nemico. Furono installati per la prima volta durante la Seconda guerra mondiale.

Picchetto radar

In ambito militare un picchetto radar è un mezzo mandato in avanscoperta rispetto a una formazione più ampia con il compito di fornire un avvistamento precoce del nemico tramite le apparecchiature radar di cui è dotato. Le unità navali sono composte di mezzi veloci e di medie dimensioni, solitamente cacciatorpediniere, corvette o fregate; mentre in ambito aeronautico sono solitamente aerei, denominati Airborne Warning and Control System (AWACS). Le navi furono usate dalle fasi finali della Seconda guerra mondiale, mentre i velivoli poco dopo.

AWACS

L’Airborne Warning and Control System (sistema di controllo aviotrasportato), indica un sistema radar aviotrasportato che assolve le funzioni di sorveglianza e le C3 (controllo, comando e comunicazioni) a vantaggio sia delle forze coinvolte nella difesa aerea che delle forze tattiche terrestri.

I sistemi AWACS possono rivelare un aereo a 400 km di distanza, oltre il raggio di una qualsiasi arma antiaerea. Un aereo radar a una quota di 9150 m può coprire un’area di 312.000 kmq, quasi la superficie dell’intera Polonia. Solitamente per questo incarico si utilizzano dei grossi Boeing. Raramente capita che queste apparecchiature siano montate su degli elicotteri.